Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Werkstückseitige Beeinflussung der tribologischen Bedingungen beim Presshärten

 

Die Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens besteht darin, die Wirkzusammenhänge zwischen den Halbzeugeigenschaften und dem resultierenden tribologischen Einsatzverhalten mithilfe von Streifenziehversuchen unter Presshärtebedingungen zu erforschen. Mithilfe dieser Erkenntnisse wird das Prozessverständnis für den Presshärteprozess verbessert. Aufbauend darauf werden Maßnahmen abgeleitet, mit denen die resultierende Bauteilqualität sowie die Genauigkeit der numerischen Prozessauslegung erhöht und somit Produktentwicklungszeiten erheblich verkürzt werden. Dies führt zu einem deutlichen Kosteneinsparungspotential für KMU, da mit großem Zeit- und Personalaufwand verbundene Trial-and-Error Verfahren vermieden werden. Zusätzlich werden werkstückseitige Maßnahmen abgeleitet, um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren. Hierdurch resultieren geringere Instandhaltungskosten und die Wirtschaftlichkeit des Presshärteprozesses wird erhöht.

Zu Beginn des Projektes wird der Einfluss der Austenitisierungsparameter Haltezeit über Ac3, Aufheizgeschwindigkeit und Ofentemperatur auf die resultierenden Halbzeugeigenschaften bestimmt. Das Reibverhalten der ausgewählten Halbzeuge wird in Flachbahnstreifenziehversuchen für unterschiedliche Prozessparameter untersucht. Auf Basis der quantifizierten Reibzahlen werden funktionale Zusammenhänge zwischen den Halbzeugeigenschaften und dem Reibverhalten ermittelt. Im Anschluss an die Versuchsdurchführung erfolgen qualitative und quantitative Topografieuntersuchungen sowie metallographische Untersuchungen der Versuchsproben, um Ursache-Wirkzusammenhänge abzuleiten. Die analysierten Zusammenhänge werden basierend auf Exponential- und Logarithmusfunktionen beschrieben und in ein vorhandenes Reibmodell, das die Reibung in Abhängigkeit der Prozessparameter beim Presshärten abbildet, integriert. Die erweiterte Reibungsmodellierung wird abschließend an einer seriennahen Geometrie anhand der Blechausdünnung und des Kraft-Weg-Verlaufs validiert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts wurde der werkstückseitige Einfluss auf die Parameter Reibung und Verschleiß beim industriell etablierten Presshärten untersucht. Hierbei konnten die Einflüsse der Beschichtungen und die vorhandenen Wechselwirkungen mit anderen industriell relevanten Parametern anhand von Streifenzugversuchen sowie der Untersuchung der Beschichtungsausbildung identifiziert werden. Die experimentell gewonnen Ergebnisse konnten als mathematische Gleichung in einem Reibmodell konsolidiert werden, um eine breite Anwendung in etablierten FE-Programmen zu ermöglichen. Die Einarbeitung und Anwendung erfolgte über die Software TriboForm, dabei konnte eine signifikante Verbesserung in der Abbildungsgenauigkeit im Prozess erzielt werden.